Es geht nicht um militärisch oder zivil, sondern um Unterschall oder Überschall

Beachten Sie, dass militärische Unterschallflugzeuge die gleichen Triebwerke wie zivile Flugzeuge verwenden, auch wenn sie vielleicht anders heißen.

• Die KC-135 verwendete ursprünglich das J-57, das in der Boeing 707-120 JT-3C genannt wurde. Jetzt wird das CFM-56 verwendet, das in der Boeing 737 und der A320 zum Einsatz kommt.
• Die C-5 Galaxy verwendet das GE TF39, das zum CF6 wurde, als es in eine Boeing 747-100 oder eine DC-10 eingebaut wurde.
• Die Fairchild A-10 verwendet das GE TF34, das CF34 genannt wird, wenn es in zivile Flugzeuge wie die Bombardier Challenger eingebaut wird.

Nein, die Unterschiede entstehen nur, wenn das Flugzeug für den Überschallflug ausgelegt ist. Dies erfordert einen ganz anderen Ansatz bei der Integration des Triebwerks:

• Die Triebwerke von Überschallflugzeugen werden nahe der Mittellinie montiert. Wenn möglich, befinden sie sich direkt hinter den Einlässen, so dass der Ansaugstrom seine Richtung nicht ändern muss. Ausnahmen wie die SR-71 sind selten.
• Die Einlässe von Überschallflugzeugen sind länger und haben scharfe Kanten im Gegensatz zu den kurzen, stumpfen Einlässen von Unterschallflugzeugen. Außerdem haben die meisten eine variable Geometrie, um sich an die sehr unterschiedlichen Strömungsbedingungen bei Überschallgeschwindigkeit anzupassen.
• Da es die Aufgabe eines Einlasses ist, die in das Triebwerk einströmende Luft zu verlangsamen, können Überschalleinlässe keine große Einzugsfläche haben, da sonst ihr Überlaufwiderstand im Überschallflug zu groß wäre. Überschalltriebwerke müssen ihren Schub mit viel weniger Luftmasse erzeugen als reine Unterschalltriebwerke. Das ist der eigentliche Grund für die kleineren Durchmesser von Überschalltriebwerken.
• Die Düse eines Überschallflugzeugs ist außerdem variabel, im Gegensatz zu der festen Düse von Unterschallflugzeugen. Auch dies dient der Anpassung an die Strömungsverhältnisse, aber in diesem Fall besteht der Hauptunterschied darin, ob die Nachverbrennung ein- oder ausgeschaltet ist. Nachverbrennungstriebwerke erreichen viel höhere Austrittsgeschwindigkeiten, um ihren geringeren Durchmesser zu kompensieren. Sie beschleunigen weniger Luft auf eine höhere Geschwindigkeit, um einen vergleichbaren Schub zu erzeugen.
• Der letzte Punkt wurde bereits erwähnt, aber er verdient einen eigenen Aufzählungspunkt: Überschalltriebwerke verwenden Nachbrenner, um überhaupt genug Schub zu haben, um mit Überschall zu fliegen. Die heißen Abgase haben ein viel größeres Volumen als der kalte Ansaugstrom, was durch eine Erweiterung der Düse ausgeglichen werden muss.

Anzumerken ist, dass die zivile Concorde ebenfalls einen variablen Einlass und eine variable Düse sowie Nachbrenner verwendete. Sie hatte ein Triebwerk, das zuvor bei der BAC TSR-2, einem Überschall-Militärflugzeug, verwendet wurde.

Die eigentliche Unterscheidung liegt nicht zwischen zivil und militärisch, sondern zwischen reinem Unterschall und Überschalltauglichkeit. Ursprünglich wurde beides mit den gleichen Triebwerken erreicht. Das oben erwähnte J-57 wurde auch beim Überschall-Militärjet F-100 verwendet. Erst in den 1960er Jahren trennten sich die Wege, und die Unterschallflugzeuge bekamen immer größere Niederdruckverdichterstufen. Diese wurden wiederum von den Hochdruckkernen angetrieben, die bei Überschallflugzeugen verwendet wurden.

Hintergrund

Schub ist der Luftmassenstrom multipliziert mit der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Flug- und Düsengeschwindigkeit des Triebwerks. Um den Schub zu erhöhen, versuchen Unterschalltriebwerke den Massenstrom zu maximieren (durch Erhöhung des Nebenstromverhältnisses), während Überschalltriebwerke eher auf die Erhöhung der Düsendrehzahl setzen (durch den Einsatz von Nachbrennern). Da ein Netto-Schub nur möglich ist, wenn die Austrittsgeschwindigkeit höher ist als die Fluggeschwindigkeit, muss die Austrittsgeschwindigkeit des Triebwerks mit der Auslegungsfluggeschwindigkeit zunehmen.

Die Kerntriebwerke unterscheiden sich nicht wesentlich – schließlich sorgt der Einlass dafür, dass die Luft das Triebwerk mit einer Geschwindigkeit von Mach 0,4 bis 0,5 erreicht, unabhängig von der Fluggeschwindigkeit. Der Kern des General Electric F110 (u.a. in den Kampfflugzeugen F-15 und F-16 eingebaut) wurde zum Kern des CFM-56 Turbofans, der in der Boeing 737 oder dem Airbus A320 eingesetzt wird. Der Hauptunterschied liegt im Nebenstromverhältnis. Je niedriger die Auslegungsgeschwindigkeit ist, desto größer kann das Bypass-Verhältnis werden. Bei sehr niedriger Geschwindigkeit wird der unverkleidete Fan gegen einen freidrehenden Propeller mit Getriebe ausgetauscht, d. h. der Jet wird zum Turboprop. Das optimale Bypass-Verhältnis ändert sich ständig, aber da der Luftwiderstandsbeiwert nach Überschreiten von Mach 1 abnimmt, werden Flugzeuge entweder für eine maximale Machzahl von 0,9 oder weniger oder 1,6 und mehr ausgelegt. Die entsprechenden Bypass-Verhältnisse liegen heute bei Unterschalltriebwerken bei bis zu 12 und bei Überschalltriebwerken bei weniger als 1. Dies führt zu einer scharfen Grenze bei der Schallgeschwindigkeit, und viele militärische Triebwerke, die für den Überschallflug konzipiert wurden, verloren ihre Nachbrenner und wurden mit einem großen Ventilator ausgestattet, um zu Triebwerken für Unterschalltransportflugzeuge zu werden.

Die Unterschiede zwischen Unter- und Überschalltriebwerken werden größer, je weiter man sich von ihrem Kern entfernt. Hochdruckverdichter, Brennkammer und Hochdruckturbine sehen gleich aus und funktionieren gleich, aber der Niederdruckverdichter von Unterschalltriebwerken schluckt viel mehr Luft und hat einen viel größeren Durchmesser. Überschalltriebwerke wiederum haben meist einen Nachbrenner. Der größte Unterschied besteht jedoch in den Ansaugöffnungen (große Pitot-Ansaugöffnungen mit stumpfen Lippen für Unterschallflugzeuge gegenüber verstellbaren Spike- oder Rampen-Ansaugöffnungen für Überschallflugzeuge) und der Düse (fest für Unterschallflug gegenüber einer komplexen, verstellbaren Konvergenz-Divergent-Düse für Überschallflug). Dies ist auf die sehr unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten und die viel höheren Austrittsgeschwindigkeiten zurückzuführen, die für den Überschallflug erforderlich sind.

Schauen Sie sich den oben abgebildeten Einlassbereich der XB-70 an (Quelle). Der Einzugsbereich ist recht klein, und dann verbreitert sich das Ansaugrohr, um die Verlangsamung des Luftstroms zu ermöglichen. Die schrägen Seitenwände des Ansaugbereichs verursachen bei Mach 3 einen hohen Luftwiderstand. Stellen Sie sich nun vor, die sechs GE YJ-93 werden durch Triebwerke mit einem noch größeren Durchmesser ersetzt. Die Zunahme des Wellenwiderstands durch den noch stumpferen Einlass würde alle Vorteile eines höheren Nebenstromverhältnisses zunichte machen.

Was weniger offensichtlich ist, ist die Tatsache, dass dieser Einlassbereich auch etwa die Hälfte des Gesamtschubs des Antriebssystems erzeugt. Aber diese Antwort ist schon zu lang, also hebe ich mir das für eine andere Antwort auf.